天然氨基酸与温室气体相互作用的计算研究：环境友好型吸附剂的前景分析

《Computer Methods and Programs in Biomedicine》：A comparative computational insight into the interaction of green house gases with naturally ocurring amino acid

本研究采用密度泛函理论（DFT）系统评估六种天然氨基酸（丙氨酸、精氨酸等）与温室气体（CO、CO2、NO2、SO2）的非共价相互作用。结果表明SO2与氨基酸结合能最强（-9.95至-10.17 kcal·mol-1），溶剂极性不影响复合物稳定性。通过自然键轨道（NBO）分析和全局反应性描述符验证了氨基酸作为绿色气体吸附剂的潜力，为开发低成本温室气体捕获材料提供理论依据。

　　

计算细节

氨基酸与温室气体分子的初始几何结构通过Gaussian 09软件在B3LYP/6-31++G(d,p)理论级别进行优化。为提高精度，后续采用CAMB3LYP、ωB97X-D和M06-2×泛函结合6-31++G(d,p)基组重新优化。这些泛函的选择基于其对非共价相互作用（包括色散作用）的精确描述能力，计算成本相对合理。

分子静电势表面分析

分子静电势表面（MEPS）映射可用于预测分子间的相互作用位点。本研究通过分析温室气体和氨基酸分子的亲核/亲电位点电荷分布，发现氨基酸的蓝色区域（正静电势）与气体的红色区域（负静电势）形成互补，提示静电相互作用是复合物稳定的关键驱动力。

结论

通过色散校正密度泛函方法对四种温室气体与六种天然氨基酸的相互作用进行深入分析，发现所有氨基酸均能与温室气体形成稳定的非共价复合物。其中SO₂对所有氨基酸均表现出最强结合力。相较于B3LYP，色散校正泛函（CAM-B3LYP等）能更准确地预测复合物稳定性，为设计新型生物分子气体捕获材料提供了重要理论支撑。